程 翔，黃少波，邢國(guó)強(qiáng)，沈 欣

(1 中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院第四研究所，河南洛陽(yáng) 471009；2 駐中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院軍事代表室，河南洛陽(yáng) 471009)

0 引言

隔板點(diǎn)火裝置作為延時(shí)起爆機(jī)構(gòu)和安全脫離機(jī)構(gòu)，在武器彈藥以及火箭、飛行器等方面有著廣泛的應(yīng)用，其能否可靠作用直接影響著武器彈藥的起爆可靠性和飛行器等的分離可靠性。

某隔板點(diǎn)火裝置在模擬試驗(yàn)器內(nèi)發(fā)火并測(cè)試P-t曲線，1發(fā)產(chǎn)品在低溫下出現(xiàn)單路點(diǎn)火延遲時(shí)間超差問(wèn)題。文中針對(duì)該現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)故障樹(shù)分析得出了故障原因并完整的復(fù)現(xiàn)了該故障，通過(guò)采取改進(jìn)措施，消除了該故障并提升了點(diǎn)火一致性。

1 工作機(jī)理與故障現(xiàn)象

1.1 工作機(jī)理

隔板點(diǎn)火裝置工作原理見(jiàn)圖1，其工作流程為：輸入點(diǎn)火信號(hào)(同步觸發(fā)采集信號(hào))→電爆管發(fā)火→引爆起爆器→起爆器輸出爆轟→起爆施主藥→施主藥輸出爆轟→通過(guò)隔板起爆受主藥→受主藥爆轟轉(zhuǎn)燃燒→引燃擴(kuò)燃藥片放大火焰→點(diǎn)燃點(diǎn)火藥柱→輸出高溫高壓火焰沖破噴口膜片。

圖1 工作原理示意

傳火藥盒(組成見(jiàn)圖2)用于將隔板受主藥的火焰進(jìn)一步放大以點(diǎn)燃點(diǎn)火藥柱，圓周方向均布八粒擴(kuò)燃藥片，中心為傳火口并粘接一個(gè)0.1 mm厚的堵片用于建壓。

圖2 傳火藥盒組成示意

1.2 故障現(xiàn)象

點(diǎn)火裝置在模擬試驗(yàn)器內(nèi)進(jìn)行發(fā)火試驗(yàn)并同步測(cè)試輸出的P-t曲線，試驗(yàn)要求高溫雙路發(fā)火，低溫單路發(fā)火，故障產(chǎn)品在低溫下出現(xiàn)點(diǎn)火延遲時(shí)間超差，試驗(yàn)曲線見(jiàn)圖3。

圖3 P-t曲線

如圖3所示，相比低溫單路發(fā)火的正常件P-t曲線，故障件曲線整體后移：在39 ms時(shí)試驗(yàn)器產(chǎn)生壓強(qiáng)，點(diǎn)火延遲時(shí)間(定義為0～30%Pmax)為43.6 ms，超出了30 ms的指標(biāo)范圍。

2 故障分析、復(fù)現(xiàn)

2.1 故障樹(shù)

經(jīng)初步分析和復(fù)查[1-3]，列出故障樹(shù)如圖4所示。

2.2 故障樹(shù)分析

2.2.1 電爆管延遲發(fā)火

電爆管質(zhì)量穩(wěn)定可靠，經(jīng)300余發(fā)發(fā)火試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，平均點(diǎn)火延遲時(shí)間為1.53 ms，不可能出現(xiàn)30 ms延遲；對(duì)試驗(yàn)后的故障件點(diǎn)火導(dǎo)線進(jìn)行500 V絕緣檢查，也排除了線束分流的影響，因此電爆管延遲發(fā)火的因素可排除。

2.2.2 傳爆過(guò)程延遲點(diǎn)火

仿真結(jié)果表明正常工作時(shí)傳爆過(guò)程約2 μs，且傳爆序列的失效模式只有不傳爆，可排除傳爆序列延遲的因素[4]。

圖4 故障樹(shù)

2.2.3 點(diǎn)火藥柱延遲點(diǎn)火

點(diǎn)火藥柱如受潮可能導(dǎo)致點(diǎn)火延遲現(xiàn)象[5-6]。為驗(yàn)證該故障模式，按WJ1865—1989《火工品藥劑吸濕性測(cè)定法》[7]將點(diǎn)火藥柱進(jìn)行吸濕試驗(yàn)，藥柱水分含量0.99%，裝成點(diǎn)火裝置后保低溫單路發(fā)火，點(diǎn)火延遲時(shí)間分別為9.60 ms、7.60 ms，且壓強(qiáng)峰、工作時(shí)間均與正常數(shù)據(jù)一致，可排除點(diǎn)火藥柱延遲點(diǎn)火的因素。

2.2.4 傳火藥盒延遲點(diǎn)火

為進(jìn)一步故障定位，采用一個(gè)傳火藥盒與模擬點(diǎn)火藥柱裝成點(diǎn)火裝置，保低溫后單路發(fā)火曲線見(jiàn)圖5，可見(jiàn)藥盒點(diǎn)燃的壓強(qiáng)(峰值86 kPa，延遲時(shí)間8.4 ms)即可擊破點(diǎn)火裝置的噴口膜片。

圖5 P-t曲線

由于圖3故障件曲線在39 ms之前明顯無(wú)壓強(qiáng)信號(hào)，因此該時(shí)刻前傳火藥盒未輸出壓強(qiáng)，故障定位在傳火藥盒上。

2.2.4.1 受主藥、擴(kuò)燃藥片藥量不足

按照受主藥、擴(kuò)燃藥片藥量不足的故障模式，參照2.2.4節(jié)進(jìn)行極限情況下的發(fā)火試驗(yàn)，試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 減藥量模式試驗(yàn)條件與結(jié)果

在兩種藥劑藥量同時(shí)減半的極限情況下[8]，試驗(yàn)壓強(qiáng)峰相對(duì)正常范圍(70～100 kPa)顯著降低，但均未出現(xiàn)明顯的點(diǎn)火延遲；復(fù)查故障產(chǎn)品裝配記錄，藥劑稱量合格；對(duì)故障產(chǎn)品進(jìn)行解剖，未點(diǎn)火序列的受主藥藥量合格，與裝配記錄吻合。綜合以上因素可排除藥量不足的可能性。

2.2.4.2 受主藥、擴(kuò)燃藥片受潮

傳火藥盒內(nèi)擴(kuò)燃藥片用于放大受主藥火焰，如兩種藥劑受潮均可能導(dǎo)致延遲點(diǎn)火現(xiàn)象。

為驗(yàn)證兩種藥劑同時(shí)受潮的故障模式，參照2.2.3、2.2.4節(jié)進(jìn)行吸濕和發(fā)火試驗(yàn)，受主點(diǎn)火藥水分含量1.12%，擴(kuò)燃藥片水分含量0.96%。

經(jīng)測(cè)試壓強(qiáng)峰分別為53 kPa、60 kPa，對(duì)應(yīng)點(diǎn)火延遲時(shí)間分別為10.10 ms、9.50 ms，均未出現(xiàn)明顯的點(diǎn)火延遲，可排除藥盒內(nèi)受主藥、藥片受潮的因素。

2.2.5 受主加強(qiáng)帽點(diǎn)鉚差

在點(diǎn)火過(guò)程中，點(diǎn)鉚作用可以增加加強(qiáng)帽中受主點(diǎn)火藥被點(diǎn)燃的持續(xù)時(shí)間，有利于提高擴(kuò)燃藥片的點(diǎn)火效果，另一方面有利于受主藥承受動(dòng)力環(huán)境。經(jīng)不同批次產(chǎn)品解剖復(fù)查，點(diǎn)鉚工裝由于長(zhǎng)期使用發(fā)生變形，局部已損壞，致使點(diǎn)鉚強(qiáng)度降低，故障批點(diǎn)鉚痕跡明顯輕于較早批次。

對(duì)此參照2.2.4節(jié)進(jìn)行了點(diǎn)火試驗(yàn)，試驗(yàn)狀態(tài)的數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)可見(jiàn)，未點(diǎn)鉚情況下傳火藥盒的點(diǎn)火壓強(qiáng)波動(dòng)大，壓強(qiáng)峰明顯較低，極易于發(fā)生延期時(shí)間超差；損壞工裝點(diǎn)鉚情況下傳火藥盒的點(diǎn)火效果不穩(wěn)定，點(diǎn)火一致性不好；正常點(diǎn)鉚情況下傳火藥盒的點(diǎn)火效果與一致性較好。

分析認(rèn)為：當(dāng)點(diǎn)鉚失效或效果較差時(shí)，受主點(diǎn)火藥的工作壓強(qiáng)極低，不利于擴(kuò)燃藥片的快速燃燒，且低溫下擴(kuò)燃藥片較難點(diǎn)燃，引起點(diǎn)火裝置的延遲點(diǎn)火。由于高溫試驗(yàn)為雙路冗余點(diǎn)火，兩個(gè)加強(qiáng)帽同時(shí)發(fā)生點(diǎn)鉚質(zhì)量差的機(jī)率較小，且高溫狀態(tài)下擴(kuò)燃藥片易于點(diǎn)燃，未暴露該問(wèn)題。因此故障最終定位在：受主加強(qiáng)帽點(diǎn)鉚質(zhì)量差。

表2 點(diǎn)鉚模式試驗(yàn)條件與結(jié)果

3 改進(jìn)措施

改進(jìn)措施分為質(zhì)量改進(jìn)和設(shè)計(jì)改進(jìn)，質(zhì)量改進(jìn)如下：

1)點(diǎn)鉚工裝材料由45鋼更換為2Cr13，重新加工工裝并定期檢修；

2)在檢驗(yàn)環(huán)節(jié)上增加了傳火藥盒的測(cè)壓抽檢項(xiàng)目。

設(shè)計(jì)改進(jìn)如下：

1)擴(kuò)燃藥片被點(diǎn)燃的快慢與其所處位置有關(guān)，如果位于傳火通道出口的藥片多，則有利于提高加強(qiáng)帽受主點(diǎn)火藥燃燒的能量利用率，保證傳火通道的擴(kuò)燃藥片快速點(diǎn)燃。為此將兩粒擴(kuò)燃藥片居中放置，使其位于傳火藥盒的噴火口處。

2)藥盒堵片的作用類似加強(qiáng)帽，火焰壓強(qiáng)需要沖破傳火口處的堵片方可輸出至點(diǎn)火藥柱，增厚堵片有利于提高傳火藥盒中的火焰壓強(qiáng)，利于擴(kuò)燃藥片的快速點(diǎn)燃，為此將藥盒堵片增厚到0.2 mm。

根據(jù)上述措施參照2.2.4節(jié)進(jìn)行了點(diǎn)火試驗(yàn)，所進(jìn)行的6發(fā)試驗(yàn)與表2部分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)圖6。

改進(jìn)后點(diǎn)火壓強(qiáng)峰增加至80～120 kPa，相比改進(jìn)前點(diǎn)火延遲時(shí)間進(jìn)一步縮短，點(diǎn)火一致性更好。

圖6 試驗(yàn)對(duì)比

4 結(jié)論

a) 受主加強(qiáng)帽點(diǎn)鉚效果差影響了傳火藥盒的點(diǎn)火效果，導(dǎo)致了點(diǎn)火裝置的點(diǎn)火延遲時(shí)間超差；

b) 通過(guò)改進(jìn)點(diǎn)鉚工裝及增加傳火藥盒的抽檢試驗(yàn)，可有效提高點(diǎn)火裝置的質(zhì)量與可靠性；

c) 優(yōu)化擴(kuò)燃藥片安裝位置、加厚藥盒堵片厚度，可進(jìn)一步縮短點(diǎn)火延遲時(shí)間，提升點(diǎn)火一致性。